立博:ETFE充气薄膜结构建筑表皮介绍

发布时间:2020-08-24   已浏览: 59次   作者:如何下立博体育app

ETFE薄膜:氟塑料是塑料的一个重要类别,通常人们认识氟塑料是从聚四氟乙烯(PTFE)以及聚偏氟乙烯(PVDF)开始的。为了改善PTFE的物理性能和加工性能差的缺陷,世界各地的科学家们作了大量的研究工作,美国杜邦公司和日本旭硝子株式会社先后于20世纪70年代起,研制开发出TEFZEL®和COP®系列的乙烯-四氟乙烯共聚物树脂产品。乙烯-四氟乙烯共聚物常简称为四氟乙烯(ETFEethyltetrafluoroethylene,简称F40)。ETFE是目前为止最强韧的氟塑料,在保持了PTFE良好的耐热、耐化学和电绝缘性能的同时,它的耐辐射、机械性能和加工性能有了很大程度的改善,特别是它和金属表面的附着力表现十分突出,这使氟塑料和钢紧衬的氟塑料旋转内衬工艺真正得以实现,常作为工业耐腐、耐磨产品使用。

自上世纪九十年代开始,建筑师尼古拉斯·格林肖(NicholasGrimshaw)创新性地将ETFE膜大规模地应用于英国的伊甸园工程后,这种材料得到了许多建筑师的认同,它的建筑用途也日益增多起来。

ETFE充气薄膜结构:充气薄膜结构是指在以高分子材料制成的薄膜制品中充入空气后形成的结构。我们常说的的充气膜结构一般指气承式膜结构(Air-supportedMembraneStructure),即是通过送风向建筑物内充气(常为室外气压的1.001~1.003倍),使室内外保持一定的压力差从而支撑覆盖膜体并保持其稳定的形状。

另一种充气膜结构(InflatedMembraneStructure)根据其外观形式也称为气肋式、气囊式膜结构,即向单个膜构件内充气(常为室外气压的2~7倍),使其保持足够的内外压差。构件单个或组合在一起作为类似于梁、拱、平板等受力结构构件。这种结构对膜材自身的气密性要求很高,需不断地向膜构件内充气以保持必要的内压。

①质轻高强ETFE密度为1.73~1.77g/cm3,单位面积的ETFE薄膜的重量极轻,只有同等面积玻璃质量的1%,这能够大幅度降低主体结构荷载,特别适合于大跨度结构。ETFE薄膜韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂,据测试0.2mm厚度的薄膜其拉伸强度可达到500N/5cm,拉裂强度可达约1200N/5cm,接近PTFE的两倍。ETFE薄膜的延展性大于400%。

④可见光透过率高ETFE薄膜可见光透过率高达95%、紫外线透过率高达94%(双层0.2mm厚度的透明薄膜),透明的ETFE薄膜作为一种充气后使用的材料,它可以通过丝网印刷镀点控制薄膜的透明度,对遮光度和透光性进行调节,有效地利用自然光;它可以通过控制充气量的多少甚至充入气体的种类来同时起到保温隔热、节省能源的作用。

ETFE充气薄膜结构应用实例:ETFE薄膜结构一般较为适用于对自然光有较高要求的体育场馆、植物园温室、建筑中庭等。赫尔佐格和德·梅隆设计的德国慕尼黑安联足球场作为世界闻名的拜仁慕尼黑队和慕尼黑1860队的主场,于2005年5月交付使用,整体覆盖了ETFE气囊的足球场成为至今为止最令人激动的体育场馆之一,它也是ETFE气囊式构造的典范。

我国北京2008奥运工程的国家游泳馆(水立方)同样是大规模ETFE气囊式构造的典范。为了表现抽象气泡的形式,气囊形状种类更多、更为随机,加工及制造工艺也更为繁复。虽然建筑整体体块为方体,材料也较为单一,但形式却让人感觉更加浪漫。这个极为复杂的幕墙工程由号称世界第一幕墙企业的沈阳远大铝业工程有限公司负责深化设计、施工。

Cloud9建筑师事务所设计西班牙巴塞罗那的TIC媒体中心也是一个有特色的ETFE薄膜结构,它以环保节能为主要特色。为应对太阳辐射,它的南面气囊采用了三角形的形式,气囊为三层膜材组合,依靠后两层薄膜上的遮光印刷形成错位重叠来调节日照量;在日照辐射最强的西南面,气囊采用了长条的豌豆荚形,在一天中最热的时候充入液态氮以阻隔辐射热。

其它:当然,除了采用气囊模式外,单层ETFE薄膜同样可以用作常规张拉膜结构中的膜材。由于ETFE薄膜弹性相对较大,因此支承跨度应限制在一定的范围内(国外资料称跨度≤3m)。北京2008奥运主体育场(鸟巢)工程局部墙体及屋面围护即运用了支承式结构单层ETFE薄膜作为材料,只不过大家的视线更多地集中在鸟巢的造型上罢了。